皮肤移植中表达角蛋白5的成纤维细胞促进坏死组织角质形成细胞再生的机制研究

本研究针对皮肤移植后坏死组织的再生难题，通过单细胞转录组测序(scRNA-seq)和谱系追踪技术，首次发现表达Krt5/Epcam的独特成纤维细胞亚群(FSC 7)通过间充质-上皮转化(MET)参与表皮再生。该研究为理解移植皮肤自我修复机制提供了新视角，对开发无瘢痕再生疗法具有重要指导意义。

　　

皮肤作为人体最大的器官，其损伤修复一直是再生医学的研究重点。在临床实践中，全层皮肤移植是治疗大面积创伤的常规手段，但移植后初期血流中断导致的组织坏死问题长期困扰着临床医生。令人困惑的是，尽管经历严重缺血缺氧，移植皮肤却能奇迹般地再生出完整的表皮和真皮结构而不形成瘢痕。这种自我修复能力的细胞学基础是什么？哪些细胞在恶劣环境中存活并驱动再生？这些问题成为领域内亟待破解的科学谜题。

针对这一关键问题，大阪大学的研究团队在《JID Innovations》发表了一项突破性研究。通过建立新生小鼠全层皮肤移植模型，结合时序性单细胞转录组分析和多谱系遗传追踪技术，研究人员首次揭示了表达角蛋白5(Krt5)的特殊成纤维细胞亚群在移植皮肤再生中的核心作用。研究发现，这群独特的细胞不仅同时表达间充质标记物(Pdgfra/Dpt)和上皮标记物(Krt5/Epcam)，还能通过激活间充质-上皮转化(MET)关键转录因子Irf6，直接转化为功能性角质形成细胞，为移植皮肤的再生提供了细胞来源。

研究采用了多项关键技术：建立EGFP标记宿主的皮肤移植模型实现供受体细胞区分；时序性收集移植后3-15天的皮肤样本进行scRNA-seq分析；运用Pdgfra-H2B-EGFP和Krt5-Cre双标记系统进行细胞谱系追踪；通过体外克隆形成实验验证FSC 7亚群的角质形成细胞分化潜能。这些方法的有机结合为研究提供了多层次证据链。

研究结果
组织学分析显示皮肤移植物从大面积坏死中快速再生
移植后第3天(POD3)观察到表皮和真皮广泛坏死，但到POD6即出现新生表皮，POD9可见毛囊再生。这种再生速度远超常规创伤愈合过程，提示移植皮肤存在特殊修复机制。

单细胞RNA测序分析揭示皮肤移植物中细胞成分的动态转变
分析88,186个细胞的转录组发现：POD3时成纤维细胞占比高达58.23%，显著高于正常皮肤，显示其对缺氧的强耐受性；而角质形成细胞比例在POD3骤降后逐渐恢复，POD15时毛囊表皮占比达36.2%，甚至超过同龄对照(18.78%)。

单细胞转录组可视化显示表达角质形成细胞和成纤维细胞基因的独特成纤维细胞
深入分析发现FSC 7亚群同时表达Pdgfra(间充质标记)和Krt5/Epcam(上皮标记)，并高表达MET关键调控因子Irf6/Ovol2，而EMT相关因子Snai1/Snai2表达较低。通过DoubletFinder排除双细胞干扰后，该亚群仍稳定存在，证实其生物学真实性。

表达角蛋白5的成纤维细胞显示角质形成细胞分化潜能
免疫荧光在POD6真皮层检测到Krt5⁺PDGFRα⁺双阳性细胞。通过流式分选PDGFRα⁺EpCAM⁺细胞(占比0.24%)进行体外培养，这些细胞能形成表达Krt5/Krt14/p63的角质形成细胞克隆，直接证实其转分化能力。

皮肤移植物中成纤维细胞的角质形成细胞补充活性
谱系追踪显示，Pdgfra⁺细胞在移植后贡献了1.26-1.40%的再生表皮细胞，显著高于生理状态(0.73%)。这些细胞分布在毛囊和毛囊间表皮，并保持增殖能力，能在体外形成角质形成细胞集落。

讨论与意义
该研究首次系统阐明了皮肤移植后独特的再生机制：在缺血缺氧选择压力下，具有MET潜能的k5-成纤维细胞(FSC 7)亚群被激活，通过表达Irf6等关键转录因子转化为角质形成细胞，驱动表皮再生。这一发现突破了传统认知——过去认为移植皮肤再生完全依赖宿主细胞迁移或残余干细胞增殖。

研究还揭示k5-成纤维细胞在生理状态下即存在，但移植后其活性和贡献显著增强，这为开发无瘢痕再生疗法提供了新靶点。特别值得注意的是，该细胞群体不依赖经典的TGF-β/BMP信号通路完成转化，暗示存在未知的调控机制，这将成为未来研究的重要方向。

从临床转化角度看，研究提示通过调控k5-成纤维细胞的MET过程，可能提高移植皮肤存活率并减少瘢痕形成。此外，该发现对理解其他器官移植后的再生机制也具有启示意义，为再生医学研究开辟了新视角。